KR20100077638A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 살리사이드 로스(Loss)를 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device capable of preventing salicide loss.
일반적으로, 반도체 소자의 고집적화가 진행됨에 따라 반도체 소자의 미세화 역시 진행되므로 반도체 소자를 위한 모스 트랜지스터도 미세화된다. 즉, 모스 트랜지스터의 소스/드레인, 게이트 전극, 배선 등의 사이즈가 축소된다. 또한, 소스/드레인과 배선 사이의 전기적인 연결을 위한 콘택홀 또는 상기 게이트 전극과 배선 사이의 전기적인 연결을 위한 콘택홀의 사이즈도 축소된다. 따라서, 게이트 전극의 면 저항(sheet resistance)이 증가하고, 콘택홀에서의 콘택 저항이 증가하므로 모스 트랜지스터의 전기적인 신호 전달이 지연되고 나아가 반도체 소자의 동작 속도가 저하된다.In general, as the integration of semiconductor devices progresses, the semiconductor devices become smaller, so that the MOS transistors for the semiconductor devices become smaller. In other words, the size of the source / drain, gate electrode, wiring, etc. of the MOS transistor is reduced. In addition, the size of the contact hole for the electrical connection between the source / drain and the wiring or the contact hole for the electrical connection between the gate electrode and the wiring is also reduced. Therefore, the sheet resistance of the gate electrode increases and the contact resistance of the contact hole increases, thereby delaying the electrical signal transmission of the MOS transistor and further lowering the operating speed of the semiconductor device.
그럼에도 불구하고, 반도체 소자의 고속화에 대한 요구가 점차 증가하므로 이러한 요구를 충족시키기 위해 콘택저항을 저감시키기 위한 방안들이 제안되어왔다. 이러한 방안들 중에는 콘택홀의 소스/드레인 상에 비저항이 낮은 실리사이드(Silicide)층을 형성시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 초기의 실리사이드 공정 은 게이트 전극과 상기 소스/드레인에 실리사이드층 형성시키는 공정을 각각 별개의 단계로 진행하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 많이 소요되는 문제점을 갖고 있다.Nevertheless, as the demand for higher speed of semiconductor devices is gradually increased, methods for reducing contact resistance have been proposed to satisfy these demands. Among these methods, a method of forming a silicide layer having a low specific resistance on the source / drain of the contact hole is widely used. In the initial silicide process, the process of forming the silicide layer on the gate electrode and the source / drain is performed in separate steps, which causes a complicated manufacturing process and a high manufacturing cost.
최근에는 실리사이드 공정의 단순화 및 제조 비용의 절감을 위하여 살리사이드(Salicide: Self Aligned Silicide) 공정이 도입되고 있다. 살리사이드 공정은 게이트 전극과 소스/드레인 상에 실리사이드층을 하나의 동일 공정에 의해 동시에 형성시킨다. 즉, 살리사이드 공정은 단결정 실리콘과 다결정 실리콘 및 절연막 상에 동시에 고융점 금속층을 적층하고 나서 고융점 금속층을 열처리하면, 단결정 실리콘 및 다결정 실리콘 상의 고융점 금속층은 실리사이드층으로 실리사이드화되지만, 절연막 상의 고융점 금속은 실리사이드화되지 않고 그대로 유지된다. 이후, 상기 실리사이드화되지 않은 고융점 금속을 식각공정에 의해 제거시킴으로써 실리사이드층을 단결정 실리콘 및 다결정 실리콘 상에만 남겨둘 수가 있다. 이러한 살리사이드 공정은 금속의 전기적 저항 및 실리사이드층의 전기적 저항이 양호한 티타늄 살리사이드 공정 또는 코발트 살리사이드 공정 등이 반도체 소자의 제조 공정에 널리 사용되고 있다.Recently, in order to simplify the silicide process and reduce the manufacturing cost, a salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) process is introduced. The salicide process simultaneously forms silicide layers on the gate electrode and the source / drain by one and the same process. That is, in the salicide process, when the high melting point metal layer is laminated on the single crystal silicon, the polycrystalline silicon and the insulating film at the same time, and then the high melting point metal layer is heat-treated, the high melting point metal layer on the single crystal silicon and the polycrystalline silicon is silicided into the silicide layer, The melting point metal remains unsilicided. Thereafter, the silicide layer may be left only on the monocrystalline silicon and the polycrystalline silicon by removing the non-silicided high melting point metal by an etching process. In the salicide process, a titanium salicide process or a cobalt salicide process having good electrical resistance of a metal and a silicide layer are widely used in a semiconductor device manufacturing process.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 살리사이드 로스(Loss)를 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent the salicide loss (Loss).
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 액티브 영역을 정의하기 위해 소자분리막이 형성된 반도체 기판의 액티브 영역 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 양측의 기판 표면에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체 기판 전면에 층간절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간절연막의 소정영역을 식각하여 소스/드레인 영역을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 포함한 상기 층간절연막 전면에 살리사이드층을 위한 도전층을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀 하부에 형성된 도전층에 열처리 공정을 실시하여 상기 소스/드레인 내에 살리사이드층을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀을 텅스텐막으로 매립시켜 콘택 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes forming a gate electrode on an active region of a semiconductor substrate on which a device isolation film is formed to define an active region, and forming source / drain regions on the substrate surfaces on both sides of the gate electrode. Forming an interlayer insulating film over the entire surface of the semiconductor substrate; forming a contact hole for exposing a source / drain region by etching a predetermined region of the interlayer insulating film; and over the interlayer insulating film including the contact hole. Forming a conductive layer for the salicide layer, performing a heat treatment process on the conductive layer formed under the contact hole, forming a salicide layer in the source / drain, and filling the contact hole with a tungsten film And forming a contact plug.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 층간절연막 형성후에 살리사이드를 형성함으로써 살리사이드 형성 공정을 스킵하여 공정 프로세스를 단순화할 수 있으며, 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정으로 인한 살리사이드 로스(Loss)를 방지할 수 있다. 이로 인해, 살리사이드의 접착력 문제에 의해 유발될 수 있는 결점을 방지할 수 있다.As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can simplify the process by skipping the salicide forming process by forming salicide after the interlayer insulating film is formed, and is due to the etching process for forming contact holes. Salicide Loss can be prevented. This makes it possible to prevent defects which may be caused by the adhesion problem of salicide.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described. At this time, the configuration and operation of the present invention shown in the drawings and described by it will be described by at least one embodiment, by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation is not limited.
그리고 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.In addition, the terminology used in the present invention is a general term that is currently widely used as much as possible, but in certain cases, the term is arbitrarily selected by the applicant. In this case, since the meaning is described in detail in the description of the present invention, It is to be understood that the present invention is to be understood as the meaning of the term rather than the name.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 1A to 1F are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 액티브 영역을 정의하기 위해 반도체 기판(10)의 소자 분리 영역에 소자 분리막(12)을 형성한다. 이때, 소자 분리막(12)을 로코스(LOCOS: local oxidation of silicon)에 의해 형성한다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 반도체 기판(10)의 소자 분리막(12)을 샐로우 트렌치 아이솔레이션(shallow trench isolation: STI) 공정에 의해 형성하는 것도 가능하다.First, as shown in FIG. 1A, the
이어서, 반도체 기판(10)에 웰-이온주입을 통해 웰(미도시)을 형성한다. 그런 다음, 반도체 기판(10)의 액티브 영역 상에 게이트 절연막(14)을 원하는 두께로 형성하고, 게이트 절연막(14) 상에 게이트 전극(16)을 위한 도전층, 예를 들어 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층을 원하는 두께로 형성한다. 이후, 식각 공정을 통해 반도체 기판(10)의 액티브 영역의 게이트 전극 형성 영역 상에 다결정 실리콘층과 게이트 절연막(14)을 남기고, 나머지 부분의 다결정 실리콘층과 게이트 절연막(14)을 제거함으로써 게이트 전극(16)과 게이트 절연막(14) 패턴을 형성한다. Subsequently, a well (not shown) is formed in the
다음으로, 게이트 전극(16)을 이온주입 마스크층으로 이용하여 n형 불순물을 저농도로 이온주입함으로써 반도체 기판(10)의 액티브 영역에 LDD(Lightly doped Drain) 영역을 형성한다. Next, lightly doped drain (LDD) regions are formed in the active region of the
이후, 화학 기상 증착 공정을 이용하여 게이트 전극(16)을 포함하는 반도체 기판(10)의 전면에 절연막을 증착한 다음, 에치백(etch back) 공정을 이용하여 게이트 전극(16)의 상부면과 게이트 전극(16) 외의 액티브 영역을 노출시키도록 절연막을 선택적으로 식각함으로써 게이트 전극(16)의 양측벽에 스페이서(18)를 형성한다. Thereafter, an insulating film is deposited on the entire surface of the
이어서, 게이트 전극(16)과 스페이서(18)를 이온주입 마스크층으로 이용하여 반도체 기판(10)의 액티브 영역에 n형 불순물을 고농도로 이온주입하고 열처리 공정으로 이온주입된 불순물을 확산시킴으로써 소스/드레인 영역(20)을 형성한다. Subsequently, by using the
그 다음으로, 게이트 전극(16)을 포함한 반도체 기판(10)의 전면에 층간절연막(22)을 형성하고, 그 표면을 평탄화시킨다. Next, an
이후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 층간절연막(22)의 소정 부분들을 선택적으로 식각하여 소스/드레인 영역(20)을 노출시키는 콘택홀(24)을 형성한다. 이어, 스퍼터링 공정을 이용하여 층간절연막(22) 전면에 살리사이드층을 위한 도전층(26)을 형성한다. 여기서, 도전층(26)은 Ti 또는 TiN 등으로 형성할 수 있다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, predetermined portions of the
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, RTP(Rapid Thermal Processing)를 이용한 열처리 공정으로 도전층(26)을 열처리시킴으로써 콘택홀(24) 하부에 소스/드레인 영역(20) 내에 살리사이드층(28)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 1C, the
그리고, 도 1d에 도시된 바와 같이, 콘택홀(24)이 매립되도록 텅스텐막을 증착하고, 층간절연막(22)이 노출되도록 충간절연막(22) 상부의 텅스텐막 및 도전층(26)을 에치백 또는 화학적기계적연마(CMP) 공정을 통해 제거함으로써 콘택플러그(30)를 형성한다. As shown in FIG. 1D, a tungsten film is deposited to fill the
이후, 도시되지는 않았지만 층간절연막(22)의 상부에 배선 공정을 진행하여 콘택플러그(30)와 연결되는 배선을 형성하는 등의 공지된 후속공정을 통해 반도체 소자 공정를 완료한다.Subsequently, although not shown, the semiconductor device process is completed through a known subsequent process, such as forming a wiring connected to the
이와 같이, 본원 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은 층간절연막 형성후에 살리사이드를 형성함으로써 살리사이드 형성 공정을 스킵하여 공정 프로세스를 단순화할 수 있으며, 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정으로 인한 살리사이드 로스(Loss)를 방지할 수 있다. 이로 인해, 살리사이드의 접착력 문제에 의해 유발될 수 있는 결점을 방지할 수 있다.As described above, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention can simplify the process by skipping the salicide forming process by forming salicide after the interlayer insulating layer is formed, and the salicide loss due to the etching process for forming the contact hole. (Loss) can be prevented. This makes it possible to prevent defects which may be caused by the adhesion problem of salicide.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of processes for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
10: 반도체 기판 12: 소자 분리막10: semiconductor substrate 12: device isolation film
14: 게이트 절연막 16: 게이트 전극14: gate insulating film 16: gate electrode
18: 스페이서 20: 소스/드레인 영역18: spacer 20: source / drain region
22: 층간절연막 24: 콘택홀22: interlayer insulating film 24: contact hole
26: 도전층 28: 살리사이드층26: conductive layer 28: salicide layer
30: 콘택플러그30: Contact Plug
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